三、健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
1.監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計準則
兩座大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的測點布置情況可以看出，兩個監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目與規(guī)模存在很大差異。這種差異除了橋型和橋位環(huán)境因素外，主要是因為對各監(jiān)測系統(tǒng)的投資額和（或）建立各個系統(tǒng)的目的（或者說是對系統(tǒng)的功能要求）不同。因此，橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計實際上有意或無意地遵循著某些準則。
顯然，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應該首先考慮建立該系統(tǒng)的目的和功能。上節(jié)所述的橋梁健康監(jiān)測三方面的意義也正是橋梁健康監(jiān)測的目的和功能所在。對于特定的橋梁，建立健康監(jiān)測系統(tǒng)的目的可以是橋梁監(jiān)控與評估，或是設(shè)計驗證，甚至以研究發(fā)展為目的；也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系統(tǒng)的目的確定，系統(tǒng)的監(jiān)測項目就可以基本上確定。另外，監(jiān)測系統(tǒng)中各監(jiān)測項目的規(guī)模以及所采用的傳感儀器和通信設(shè)備等的確定需要考慮投資的限度。因此在設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)時必須對監(jiān)測系統(tǒng)方案進行成本一效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的監(jiān)測系統(tǒng)的前提。
根據(jù)功能要求和成本一效益分析可以將監(jiān)測項目和測點數(shù)設(shè)計到所需的范圍，可以最優(yōu)化地選擇并安裝系統(tǒng)硬件設(shè)施。因此，功能要求和效益-成本分析是設(shè)計橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的兩大準則。
2.監(jiān)測項目
不同的功能目標所要求的監(jiān)測項目不盡相同。絕大多數(shù)大跨度橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測項目都是從結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評估出發(fā)的，個別也兼顧結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證甚至部分監(jiān)測項目以橋梁問題的研究為目的[5].文獻［12］通過對國內(nèi)多座運營中的斜拉橋進行大量病害調(diào)查與檢測分析，提出了用于斜拉橋狀態(tài)監(jiān)控與評估的頗具代表性的監(jiān)測項目。
如果監(jiān)測系統(tǒng)考慮具有結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證的功能，那就要獲得較多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別所須要的信息。因此，對于大跨度余支承橋梁，須要較多的傳感器布置于橋塔、加勁梁以及纜索/拉索各部位，以獲得較為詳細的結(jié)構(gòu)動力行為并驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計時的動力分析模型和響應預測。另外，在支座、擋塊以及某些連結(jié)部位須安設(shè)傳感器拾取反映其傳力、約束狀況等的信息。
目前，某些監(jiān)測系統(tǒng)以開發(fā)結(jié)構(gòu)整體性與安全性評估技術(shù)為目的之一。結(jié)合橋梁問題研究的監(jiān)測系統(tǒng)雖不多見，但有些系統(tǒng)也有監(jiān)測項目是專為研究服務的。與理論研究相關(guān)的監(jiān)測項目可以根據(jù)待研究問題的性質(zhì)來確定。從目前橋梁工程的發(fā)展狀況看，以下幾方面的問題可以借助橋梁健康監(jiān)測進行深入研究或論證。
抗風方面：包括風場特性觀測、結(jié)構(gòu)在自然風場中的行為以及抗風穩(wěn)定性。
抗震方面：包括研究各種場地地面運動的空間與時間變化、土-結(jié)構(gòu)相互作用、行波效應、多點激勵對結(jié)構(gòu)響應的影響等。通過對墩頂與墩底應變、變形及加速度的監(jiān)測建立恢復力模型對橋梁的抗震分析具有重要的意義。
結(jié)構(gòu)整體行為方面：包括研究結(jié)構(gòu)在強風、強地面運動下的非線性特性，橋址處環(huán)境條件變化對結(jié)構(gòu)動力特性、靜力狀態(tài)（內(nèi)力分布、變形）的影響等。這對于發(fā)展基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體性評估方法非常重要。
結(jié)構(gòu)局部問題：例如邊界、聯(lián)接條件，鋼梁焊縫疲勞及其他疲勞問題，結(jié)合梁結(jié)合面（包括剪力鍵）的破壞機制，等等。索支承橋梁纜（拉）索和吊桿的振動與減振、局部損傷機制等也值得進一步觀察研究。
耐久性問題：橋梁結(jié)構(gòu)中的耐久性問題尚有許多問題須要深入研究。纜（拉）索與吊桿的腐蝕、銹蝕問題尤須重視。
基礎(chǔ)：大直徑樁的采用也帶來一些設(shè)計問題，直接套用原先用于中等直徑樁的計算方法不很合理。借助大型橋梁監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)查大直徑樁的變形規(guī)律、研究樁的承載力問題，也是設(shè)計部門的需要。
四、小結(jié)
?。?）橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)的橋梁檢測技術(shù)的簡單改進，而是運用現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)，實時監(jiān)測橋梁運營階段在各種環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)響應與行為，獲取反映結(jié)構(gòu)狀況和環(huán)境因素的各種信息，由此分析結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、評估結(jié)構(gòu)的可靠性，為橋梁的管理與維護決策提供科學依據(jù)。同時，大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測對于驗證與改進結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法、開發(fā)與實現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)控制技術(shù)以及深入研究大型橋梁結(jié)構(gòu)的未知問題具有重要意義。因此，健康監(jiān)測為橋梁工程的發(fā)展開辟了新的空間。
?。?）大型橋梁健康監(jiān)測三方面的意義反映了從事橋梁維護管理、設(shè)計咨詢和理論研究不同領(lǐng)域人員所關(guān)注的問題。監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應以功能要求和效益－成本分析為基本準則。此外，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應該通過布點優(yōu)化分析，并且考慮到系統(tǒng)實施中的非常重要的通信問題。
?。?）對于大跨度斜拉橋、懸索橋而言，整體性評估只是結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評估的一部分，不可能僅通過整體性評估來解釋橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。同時，大跨度橋梁的力學特點決定其安全評估的概念上和方法上不同于常規(guī)的中小橋梁。
（4）在跨度橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評估的目的是控制大橋運營風險及支持減災決策。因此結(jié)合橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的安全評估，應該可以通過獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)評估橋梁結(jié)構(gòu)的基本狀態(tài)和結(jié)構(gòu)行為。定期或在偶發(fā)事件（如地震）發(fā)生后識別結(jié)構(gòu)的損傷和關(guān)鍵部位的變化，并且對大橋結(jié)構(gòu)生命期各階段的承載能力和抗風、抗震能力作出客觀的定量的評估。?。荚嚧笫占?/P>
